图1.金属纳米晶铁基材料相变动力学：(a)原位透射电镜表征奥氏体生长；(b)三维原子探针表征奥氏体/铁素体相界成分

金属纳米晶材料相变是材料科学与凝聚态物理领域中一个重要研究热点；理解金属纳米晶材料相变对于设计制备新型纳米结构材料具有重要的科学与工程意义；当此类相变同近年来在钢铁强韧化研究中占有重要地位的逆奥氏体转变（譬如，铁素体/奥氏体转变）结合，其工程意义及应用前景凸显。基于此，刘峰教授团队针对铁基纳米晶材料铁素体/奥氏体转变展开系统研究。实验上，运用原位透射电镜结合三维原子探针，精确表征了奥氏体生长行为、奥氏体/铁素体化学成分。研究表明，大量奥氏体稳定化元素偏析于纳米铁素体晶界处，奥氏体易于从晶界处形核，生长速度缓慢且尺寸处于超细晶尺度。相变过程伴随着强烈的溶质配分：奥氏体富Ni和C而铁素体贫Ni和C，从而表明奥氏体生长由扩散型机制控制。理论分析表明，上述相变特征源于纳米晶材料中高密度晶界。晶界作为短程扩散的通道，促进扩散有利于新相生长，然而本工作表明，纳米晶体系大量存在的晶界由于偏析或者形核作用可阻碍扩散场。当前研究体系，相变过程中晶界偏析作用较弱，其对扩散场限制作用可以忽略。因此，主要由于晶界形核效应而将体系分割为一系列转变单元，限制了新相生长的扩散场，易于软碰撞效应发生而呈现出缓慢的生长速度。本研究将之称为晶界约束相变机制，这是纳米晶材料相变的本征属性。基于此，考虑相界面局域平衡假设，将奥氏体生长动力学模型与微观组织演化模型耦合，提出描述纳米晶材料相变的全转变动力学模型，完美解释了实验结果。利用模型，进一步预测了不同加工条件下的纳米晶材料铁素体/奥氏体转变动力学。上述科学发现点对于理解纳米晶材料相变具有重要意义。

文章链接：Grain boundary-constrained reverse austenite transformation in

nanostructured Fe alloy: Model and application (Acta Materialia 154 (2018) 56) https://doi.org/10.1016/j.actamat.2018.05.021